blender 4.5 シェーダー実験室 - 光の反射

あたりまえですが、光のなにもないところではなにもみえません。なにかモノをみるということは、どこからか光がそのモノに当たって反射し、目に届くからで、3DCG でもそれはほぼ同じです。ここでは、blender での主要なふたつの光の反射である、鏡面反射、および、拡散反射について、すこし整理してみます。cycles でレンダリングを行います。

環境　Blender 4.5.0 , Mac Mini M1 OS 14.4

拡散反射と鏡面反射

光がモノに届くと、一部はその表面下で全方向に拡散して反射する。これを拡散反射光（Diffuse - ディフューズ）と呼び、一部は表面で、一定の角度で跳ね返る。これを鏡面反射光（Specular - スペキュラ）と呼ぶ。

blender でオブジェクトが描画されるとき、おもにこのふたつの反射光をもとにモノのみえかたを再現している。たとえば、赤いリンゴのオブジェクトが赤いのは、拡散反射光の再現で、一部で光が反射して光沢となってみえるのは、鏡面反射光の再現だ。

実際にレンダリングで確認してみよう。

エリアライトを選択し、オブジェクトプロパティ > 可視性 > レイの可視性 のディフューズ（拡散反射）、光沢（スペキュラ、鏡面反射）を一時的に OFF にし、ディフューズ、光沢のみの状態にしてみる。

光沢を OFF とし、ディフューズのみのレンダリング

ディフューズを OFF とし、光沢のみのレンダリング

ディフューズの調整

ディフューズは、おもにオブジェクトの表面色を表現する機能なので、ディフューズの調整とは、ほぼベースカラーでの調整になる。上の操作で、光沢を OFF とし、「ディフューズ」のみのレンダリングで確認する。

スペキュラの調整

続いて、鏡面反射についても確認する。上述の操作で、ディフューズを OFF とし、「光沢」のみのレンダリングで確認する。鏡面反射は、おもに、「粗さ」、「IOR」、および「メタリック」で調整できる。

粗さ

IOR

メタリック

直接光、間接光

ちなみに、エリアライトのレイの可視性の操作、「ディフューズ」のみレンダリングしたパターンで、床に球が映り込んでいるのがわかる。このような鏡にあるような映り込みは、文字通り鏡面反射（光沢）によるもので、ディフューズによるものではないはずだ。

ではなぜ、ここにレンダリングされているのか。

これは、エリアライトの分担は、ライトが直接照らす「直接光」に限られ、球にあたって跳ね返った「間接光」は、球が発しているとみなされるからだ。

このため、間接光を発しているとみなされる球オブジェクトの、レイの可視性 > 光沢 を OFF にすることで、床への映り込み（鏡面反射）はレンダリングされない。

このように、ライトからの直接光と、他のオブジェクトなどに跳ね返ってできた間接光は、レンダリング上、役割が異なり、ディフューズ、スペキュラともにそれぞれ同様だ。blender ではこれらを別に抽出し、レンダリングすることもできる。
やや高度な画像処理になるが、それぞれをレイヤーとして別個に調整し、合成する、というような操作も可能になる。

ライトパスの出力

ここでは、ディフューズ、スペキュラーそれぞれの、直接、間接光の影響を別個にライトパスとして出力する。

ビューレイヤープロパティを表示し、ディフューズ、光沢 の各直接照明、間接照明にチェックを入れる。

• レンダー > 画像をレンダリング でレンダリングを行う

• Compositing ワークスペースに変更、「ノードを使用」にチェック

レンダーレイヤーノードの、「DiffDir（ディフューズ直接）」、「DiffInd（ディフューズ間接）」、「GlossDir（光沢直接）」、「GlossInd（光沢間接）」から接続することで、それぞれのレンダリング結果を確認できる。

ある程度のスキルがあれば、これらを補正、加工して実用的、あるいはアーティスティックな画像補正、加工ができるし、そうでなくても、CG でシェーディングがどのように行われているのか確認するだけでもスキルアップの一助にはなるだろう。

参考

• wikiwand 鏡面反射

• wikiwand 拡散反射

まとめ

別にこんなこむつかしいことを考えなくても、きちんとレンダリングはできるし、自分には必要ないかな、などと思わず、すこし頭に入れておいておくのも損にはなりません。
なぜこんなところに映り込みが、なぜこんなに光沢がきつい（少ない）のだ、などと悩んだときに、ある程度、役立ちます。